JP2005538210A - サーマルインターフェース材料 - Google Patents

Abstract

少なくとも１種のゴム化合物、少なくとも１種のアミン樹脂および少なくとも１種の熱伝導性フィラーを組み合わせることによって、架橋結合が可能なサーマルインターフェース材料が製造される。このインターフェース材料は、液体または「ソフトゲル」の形態をとる。ゲル状態は、少なくとも１種のゴム化合物組成物および少なくとも１種のアミン樹脂組成物間の架橋結合反応によって生じる。少なくとも１種のゴム化合物、少なくとも１種のアミン樹脂、および少なくとも１種の熱伝導性フィラーを含む基礎組成物が調製されると、組成物の物理的性質のいくつかを変更するのに、相変化材料および／または少なくとも１種の溶媒が必要であるか否かを決定するために、その組成物は、電子構成要素、専門業者または電子製品の要求と比較されなければならない。本明細書において開示される架橋結合が可能なサーマルインターフェース材料を形成する方法は、ａ）少なくとも１種の飽和ゴム化合物を提供すること、ｂ）少なくとも１種のアミン樹脂を提供すること、ｃ）少なくとも１種の飽和ゴム化合物および少なくとも１種のアミン樹脂を架橋結合させて架橋結合されたゴム−樹脂混合物を形成すること、ｄ）少なくとも１種の熱伝導性フィラーを架橋結合されたゴム−樹脂混合物に添加すること、およびｅ）架橋結合されたゴム−樹脂混合物に湿潤剤を添加することを含む。さらに、この方法は、少なくとも１種の相変化材料を架橋結合されたゴム−樹脂混合物に添加することを含むことができる。企図されているサーマルインターフェース材料は、分配可能な液状ペースト、ゲル、テープ、またはフィルムとして提供されうる。本明細書に記載の企図されているサーマルインターフェース材料の適用は、その材料を層状材料、電子構成要素または最終電子製品中に取り込むことを含む。

Description

本出願は、一部継続出願であり、１９９９年１２月１日出願の米国実用出願番号０９／４５２４８３および２００２年１月１４日出願の米国実用出願番号１０／０４７６１７の恩典を主張する。

本発明の分野は、電子構成要素および層状材料用途におけるインターフェース材料である。

電子構成要素は、増加する一方の消費者用製品および商業電子製品で使用されている。これらの消費者用製品および商業製品の一部の例には、テレビジョン、パーソナルコンピュータ、インターネットサービス、携帯電話、ポケットベル、手のひらサイズのシステム手帳、携帯ラジオ、カーステレオ、またはリモコン装置が含まれる。これらの消費者用電子機器および商業用電子機器の需要が高まり、その製品が、消費者および企業にとって、より小型化され、より機能的になり、より携帯しやすくなるようにという要望がある。

これらの製品のサイズが小さくなった結果、この製品を含む構成要素もまた、より小型化しなければならない。サイズを減少または縮小する必要のある、これらの構成要素のいくつかの例には、印刷回路または配線盤、抵抗器、配線、キーボード、タッチパッド、およびチップパッケージが含まれる。

従って、構成要素を縮小することができ、より小型の電子構成要素の需要に応えるための、よりよい製造材料および方法があるか否かを決めるために、構成要素は分解され、研究されている。層状構成要素では、１つの目標は、層の数を減らし、同時に残りの層の機能性および耐久性を高めることであるように思われる。しかし、通常、層および層の構成要素のいくつかは、デバイスを稼働するために存在しなければならないとすれば、この仕事は困難である。

さらに、電子デバイスがより小型になり、より高速で動作するようになるにつれ、熱の形で放出されるエネルギーが劇的に増加する。産業界で人気のあるやり方は、そうのようなデバイス中でサーマルグリス、またはグリス様の材料を単独でまたは担体に載せて使用し、物理的なインターフェースを通して、過剰な熱を移動させることである。サーマルインターフェース材料のもっとも普通の種類は、サーマルグリス、相変化材料、およびエラストマーテープである。サーマルグリスまたは相変化材料は、非常に薄い層として塗られ、隣接する表面を緊密に接触させる能力があるので、エラストマーテープより、熱抵抗が低い。通常の熱インピーダンスの値は、０．６〜１．６℃・ｃｍ^２／ｗの間である。しかし、サーマルグリスの重大な欠点は、６５℃〜１５０℃などの、熱サイクルを受けた後で、または超ＬＳＩチップ中で使用したときにパワーサイクルを受けた後で、熱的性能が大きく低下することである。表面平坦性から大きく逸脱した結果、電子デバイス中で対になる表面間にギャップが形成される場合、または製造許容差などの他の理由で、対になる面の間に大きなギャップが存在する場合は、これらの材料の性能は低下することが分かっている。これらの材料の熱伝達性能が急激に低下すると、これらの材料を使用している電子デバイスの性能は、悪影響を受ける。

従って、ａ）デバイスの大きさおよび層の数を最小にしながら、消費者の仕様を満たすサーマルインターフェース材料および層状材料を設計し生産すること；ｂ）所望のサーマルインターフェース材料および層状材料および企図されているサーマルインターフェースおよび層状材料を含む構成要素を生産するための信頼性のある方法を開発すること；およびｃ）所望のサーマルインターフェース材料並びに層状材料並びに企図されているサーマルインターフェースおよび層状材料を含む構成要素を適用する方法を開発し実施すること、の要求が絶えることなく続いている。

少なくとも１種のゴム化合物、少なくとも１種のアミン樹脂および少なくとも１種の熱伝導性フィラーを組み合わせることによって、企図した架橋結合が可能なサーマルインターフェース材料が製造される。この企図されているインターフェース材料は、液体または「ソフトゲル」の形態をとる。ゲル状態は、少なくとも１種のゴム化合物組成物および少なくとも１種のアミン樹脂組成物間の架橋結合反応によって生じる。より具体的には、アミン樹脂がゴム組成物中に取り込まれてゴム化合物上の第一級ヒドロキシル基と架橋結合し、ソフトゲル相を形成する。従って、ゴム化合物の少なくともいくつかは少なくとも１つの末端ヒドロキシル基を含むことが企図されている。

アミンまたはアミンベース樹脂を、ゴム組成物またはゴム組成物の混合物中に添加または導入し、主として、アミン樹脂と、ゴム化合物中の少なくとも１種の第一級または末端ヒドロキシル基の間の架橋結合反応を容易にする。アミン樹脂およびゴム化合物間の架橋結合反応により、混合物に対する、液体状態ではなく、「ソフトゲル」相またはペースト相が生じる。

少なくとも１種のゴム化合物、少なくとも１種のアミン樹脂、および少なくとも１種の熱伝導性フィラーを含む基礎組成物が調製されると、この組成物は、組成物の物理的性質のいくつかを変更するのに相変化材料が必要であるか否かを決定するために、電子構成要素、専門業者、または電子製品の要求と比較されなければならない。

相変化材料は、固体および液体形態間を行き来するとき、熱を貯蔵および放出するので、サーマルインターフェース材料の用途では有用である。相変化材料は、固体状態に変化するときに熱を放出し、液体状態に戻るときに熱を吸収する。相変化温度は、熱の吸収および排出が生じる融点である。

本明細書において開示される架橋結合が可能なサーマルインターフェースを形成する方法は、ａ）少なくとも１種の飽和ゴム化合物を提供すること、ｂ）少なくとも１種のアミン樹脂を提供すること、ｃ）少なくとも１種の飽和ゴム化合物および少なくとも１種のアミン樹脂を架橋結合させて架橋結合されたゴム−樹脂混合物を形成すること、ｄ）少なくとも１種の熱伝導性フィラーを架橋結合されたゴム−樹脂混合物に添加すること、およびｅ）架橋結合されたゴム−樹脂混合物に湿潤剤を添加することを含む。さらに、この方法は、ペースト中での混合物の形成を容易にするために、さらにまた表面または基板へのその混合物の付着を容易にするために、少なくとも１種の相変化材料を架橋結合されたゴム−樹脂混合物に添加すること、および／または少なくとも１種の溶媒または追加の溶媒を架橋結合されたゴム−樹脂混合物または架橋結合されたゴム−樹脂および相変化材料混合物に添加することを含むことができる。

企図されているサーマルインターフェース材料は、スクリーン印刷、インクジェット印刷、ｔｈｒｅａｄ ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ；噴霧；スタンピング；あらゆる種類のリソグラフィまたは湿式オフセット；ロール印刷；凸版印刷；グラビア印刷；フレキソ印刷；平版印刷；オフセット印刷；謄写版印刷；感熱複写法；ホットスタンプおよび転写捺染技術；およびブラッシングおよびステンシル技術などの分配法（ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）により、付着させるべき分配可能な液体ペーストとして提供されうる。簡単に言えば、ペーストおよび／またはソフトゲル生成物または材料を取り込むことのできるいかなる印刷または分配法でも、本教示の実施形態において効果的に使用されうる。次いで、分配可能な液体ペーストは、所望通りに硬化されうる。

また、企図されているサーマルインターフェースは、ヒートシンクなどのインターフェース表面上に予め付着するための、高度に順応性のある（ｈｉｇｈｌｙ ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）、硬化された、エラストマー膜またはシートとして供給されうる。さらに、前述の方法を含む、適切な、いずれの分配法によっても、表面上に付着されうるソフトゲルまたは液体として供給および製造されうる。さらに、材料は、インターフェース表面または電子構成要素に直接付着されうるテープとして供給されうる。

本明細書に記述された、企図されているサーマルインターフェース材料の適用には、その材料を層状材料、電子構成要素または最終電子製品中に取り入れることが含まれる。

本発明のさまざまな目的、特徴、側面および利点は、本発明の好ましい実施形態の以下に述べる詳細な記述からより明らかになるはずである。

企図されている架橋結合が可能なサーマルインターフェース材料は、少なくとも１種のゴム化合物、少なくとも１種のアミン樹脂および少なくとも１種の熱伝導性フィラーを組み合わせることにより製造される。この企図されているインターフェース材料は、液体、またはペーストまたは「ソフトゲル」の形態をとることができる。本明細書において使用する「ソフトゲル」は、分散相が連続相と結びつき粘性の「ゼリー様の」生成物を形成するコロイドを意味する。ゲル状態は、少なくとも１種のゴム化合物組成物と少なくとも１種のアミン樹脂組成物との架橋結合反応によりもたらされる。より具体的には、アミン樹脂が、ゴム組成物中に取り込まれ、ゴム組成物上の第一級ヒドロキシル基と架橋結合し、ソフトゲル相を形成する。従って、ゴム化合物の少なくとも１種が、少なくとも１つの末端ヒドロキシル基を含むことになるということが企図されている。本明細書において使用する、「第一級ヒドロキシル基」という語句は、ヒドロキシル基が分子または化合物の末端位置にあることを意味する。また、ゴム化合物は、やはりアミン樹脂と架橋結合させられる、追加の第二級、第三級、または内部ヒドロキシル基を含むことができる。この追加の架橋結合は、ゲルが取り込まれるべき生成物または構成要素に要求される最終のゲル状態に応じて決まることが好ましい。

ゴム化合物は、組成物の他の構成要素に依存して、他のゴム化合物と分子間で、またはそれ自体と分子内で架橋結合することができるという点で、「自己架橋結合可能」であることが企図されている。また、ゴム化合物は、アミン樹脂化合物によって架橋結合されうるものであり、それ自体とまたは他のゴム化合物との架橋結合をいくらか行うことができることも企図されている。

好ましい実施形態では、使用されるゴム組成物または化合物は、飽和または不飽和のいずれでもありうる。飽和ゴム化合物は、熱酸化分解を受けにくいので、この用途では好ましい。使用することができる飽和ゴムの例には、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＲ、ＥＰＤＭ）、ポリエチレン／ブチレン、ポリエチレン−ブチレン−スチレン、ポリエチレン−プロピレン−スチレン、水素化ポリアルキルジエン［モノオール］（水素化ポリブタジェンモノオール、水素化ポリプロパジエンモノオール、水素化ポリペンタジエンモノオールなど）、水素化ポリアルキルジエン［ジオール］（水素化ポリブタジエンジオール、水素化ポリプロパジエンジオール、水素化ポリペンタジエンジオールなど）および水素化ポリイソプレンがある。しかし、この化合物が不飽和の場合は、その化合物を水素化処理して、二重結合の少なくともいくらかを破壊または除去することが、非常に好ましい。本明細書において使用する、「水素化処理」という言葉は、二重結合のいくつかまたは全てに水素を直接付加して飽和生成物を生成する（付加水素）こと、または、二重結合を完全に破壊してその断片がさらに水素と反応する（水素化分解）ことにより、不飽和有機化合物が水素と反応することを意味する。不飽和ゴムおよびゴム化合物の例は、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリスチレン−ブタジエンおよび他の不飽和ゴム、ゴム化合物またはゴム化合物の混合物／組み合わせがある。

本明細書において使用する、「順応性のある（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）」という言葉は、室温で固い、および撓まないのとは対照的に、室温で撓み、成形可能な材料の性質を包含する。本明細書において使用する、「架橋結合が可能な（ｃｒｏｓｓｌｉｎｋａｂｌｅ）」という言葉は、未だ架橋結合されていない材料または化合物を指示する。

各種類の２種以上のゴムを組み合わせて架橋結合が可能なサーマルインターフェース材料を製造することができる。しかし、好ましいサーマルインターフェース材料においては、ゴム化合物または構成要素の少なくとも１種は、飽和化合物であることが企図されている。適切なサーマルフィラーを有するオレフィン含有または不飽和インターフェース材料は、約０．５ｃｍ^２℃／ｗ未満の熱容量を示す。液体オレフィンおよび液体オレフィン混合物（アミン樹脂を含有するものなど）は、熱活性化により架橋結合してソフトゲルを形成するので、サーマルグリスとは異なり、ＩＣデバイス中で熱サイクルまたはフローサイクルを受けた後で、この材料の熱的性能が低下することはないはずである。さらに、インターフェース材料として使用される場合は、サーマルグリスが使用されたときのように「絞り出されてしまう」ことはないはずであり、熱サイクルの間に、界面で層剥離することはないはずである。

アミンまたはアミンベース樹脂を、ゴム組成物またはゴム化合物の混合物中に添加するかまたは取り入れて、主として、アミン樹脂とゴム化合物の少なくとも１種の上にある第一級または末端ヒドロキシル基との架橋結合反応を容易にすることができる。アミン樹脂とゴム化合物との架橋結合反応により、混合物中またはペースト相中に、液相ではなく、「ソフトゲル」相が生じる。アミン樹脂およびゴム組成物の間の、および／またはゴム化合物自体の間の架橋結合の程度により、ソフトゲルおよび／またはペーストのコンシステンシーが決まることになる。例えば、アミン樹脂とゴム化合物が最小量の架橋結合（架橋結合に使用できる部位の約１０％が、架橋結合反応で実際に使われる）をする場合は、ソフトゲルはより「液体様」になるはずである。しかし、アミン樹脂とゴム化合物が大量の架橋結合（架橋結合に使用できる部位の約４０〜６０％が、架橋結合反応で実際に使われ、ことによると、ゴム化合物自体の間の分子間および分子内架橋結合が、測定できる程度に存在する）をする場合は、ゲルはより高濃度になり、より「固体様」になるはずである。

アミンおよびアミノ樹脂は、樹脂の主鎖のどの部分に存在してもよい、少なくとも１種のアミン置換基を含む樹脂である。また、アミンおよびアミノ樹脂は、尿素、チオ尿素、メラミンまたは関連化合物とアルデヒド、特にホルムアルデヒドとの反応から誘導される合成樹脂である。通常のおよび企図されているアミン樹脂は、第一級アミン樹脂、第二級アミン樹脂、第三級アミン樹脂、グリシジルアミン系エポキシ樹脂、アルコキシベンジルアミン樹脂、エポキシアミン樹脂、メラミン樹脂、アルキル化メラミン樹脂、およびメラミンアクリル樹脂である。メラミン樹脂は、ａ）環系化合物であり、その環が３個の炭素と３個の窒素原子を含んでいる、ｂ）縮合反応により、他の化合物または分子と容易に反応することができる、ｃ）他の分子または化合物と反応することができ、鎖の成長および架橋結合を容易にする、ｄ）尿素樹脂より、耐水性および耐熱性が優れている、ｅ）水溶性シロップまたは水に分散する不溶性粉末として使用することができる、およびｆ）高い融点を有する（３２５℃より高く、比較的難燃性である）ことから、本明細書に記載のいくつかの企図されている実施形態において、特に有用であり好ましい。ブチル化メラミン樹脂などのアルキル化メラミン樹脂は、樹脂が形成される間に、アルキルアルコールを取り入れることによって形成される。これらの樹脂は、ペンキおよび釉薬溶媒および表面被覆中に溶解する。

サーマルインターフェース材料または混合物中に分散されるサーマルフィラー粒子は、有利には、高い熱伝導率を有するべきである。適切なフィラー材料には、銀、銅、アルミニウム、およびそれらの合金などの金属；および窒化ホウ素、窒化アルミニウム、銀を被覆した銅、銀を被覆したアルミニウムなどの他の化合物および炭素繊維が含まれる。また、窒化ホウ素および銀、または窒化ホウ素および銀／銅の組み合わせによっても、熱伝導率が高められる。少なくとも２０重量％の量の窒化ホウ素および少なくとも約６０重量％の量の銀が、特に有用である。好ましくは、約２０ｗ／ｍ℃を超える、もっとも好ましくは少なくとも約４０ｗ／ｍ℃の熱伝導率を有するフィラーを使用する。最適には、熱伝導率が少なくとも約８０ｗ／ｍ℃のフィラーを有することが望ましい。

本明細書において使用する「金属」という言葉は、ケイ素およびゲルマニウムなどの金属様の性質を有する元素に加えて、元素の周期律表のｄブロックおよびｆブロックに存在する元素を意味する。本明細書において使用する「ｄブロック」という言葉は、元素の核を取りまく３ｄ、４ｄ、５ｄ、および６ｄ軌道を満たす電子を有する元素を意味する。本明細書において使用する「ｆブロック」という語句は、ランタンニドおよびアクチニドを含む、元素の核を取りまく４ｆおよび５ｆ軌道を満たす電子を有する元素を意味する。好ましい金属には、インジウム、銀、銅、アルミニウム、錫、ビスマス、ガリウムおよびそれらの合金、銀を被覆した銅、および銀を被覆したアルミニウムが含まれる。「金属」という言葉は、合金、金属／金属複合材料、金属とセラミックの複合材料、金属とポリマーの複合材料、およびその他の金属複合材料を含む。本明細書で使用する「化合物」という言葉は、化学過程により、元素に分解されうる一定の組成を有する物質を意味する。

Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ社（Ｉｎｃ．Ｃｅｄａｒｖｉｌｌｅ、オハイオ）から販売されているような、「気相成長炭素繊維」（ＶＧＣＦ）と呼ばれる、特別な形をした炭素繊維を含むフィラーは、特に効果がある。ＶＧＣＦ、または「炭素ミクロ繊維（ｃａｒｂｏｎ ｍｉｃｒｏ ｆｉｂｅｒ）」は、熱処理により、高度に黒鉛化された種類のものである（熱伝導率＝約１９００ｗ／ｍ℃）。約０．５重量％の炭素ミクロ繊維を添加すると、熱伝導率が著しく上昇する。そのような繊維をさまざまな長さおよび直径で利用できる；すなわち、約１ミリメートル（ｍｍ）から数十センチメートル（ｃｍ）までの長さおよび０．１未満から約１００μｍを超えるまでの直径である。ＶＧＣＦの有用な一形状は、直径がせいぜい約１μｍで、長さが約５０〜１００μｍであり、約５μを超える直径を有する通常の他の炭素繊維と較べて、約２または３倍の熱伝導率を有する。

既に考察した水素化ゴムおよび樹脂の組み合わせなどの、ポリマー系およびインターフェース系中に、大量のＶＧＣＦを取り込むのは難しい。主として、熱伝導率を少しでも実質的に有利な方向に改善するために、大量の繊維をポリマーに添加しなければならないという理由で、炭素ミクロ繊維、例えば（約１μｍ、またはそれ未満）をポリマーに添加すると、炭素ミクロ繊維は上手く混ざらない。しかし、われわれは、従来の他のフィラーを比較的大量に含むポリマー系に対して、炭素ミクロ繊維を比較的大量に添加できることを発見した。単独でポリマーに添加することができる他の繊維と一緒に添加する場合は、炭素ミクロ繊維をより多く、ポリマーに添加することができ、従って、サーマルインターフェース材料の熱伝導率を向上させることに関して、より大きな利益がもたらされる。望ましくは、炭素ミクロ繊維のポリマーに対する比率は、重量で約０．０５〜０．５０の範囲である。

少なくとも１種のゴム化合物、少なくとも１種のアミン樹脂、および少なくとも１種の熱伝導性フィラーを含む基礎組成物が調製されると、組成物の物理的性質のいくつかを変更するのに、追加の相変化材料が必要であるか否かを決定するために、その組成物は、電子構成要素、専門業者、または電子製品の要求と比較しなければならない。特に、構成要素または製品の要求により、組成物またはインターフェース材料が「ソフトゲル」状態またはいくらか液体状態であることが必要とされる場合は、追加の相変化材料を添加する必要がないこともある。しかし、構成要素、層状材料または製品が、組成物または材料がより固体様であることを必要とする場合は、少なくとも１種の相変化材料を添加すべきである。

本明細書において企図されている相変化材料には、蝋、ポリマー蝋またはそれらの混合物（パラフィン蝋など）が含まれる。パラフィン蝋は、一般式Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋２を有する固体炭化水素の混合物であり、約２０℃〜１００℃の範囲の融点を有する。ポリマー蝋は、通常はポリエチレン蝋、ポリプロピレン蝋であり、約４０℃〜１６０℃の範囲の融点を有する。

相変化材料は、固体および液体形態間を行き来するとき、熱を貯蔵および放出するので、サーマルインターフェース材料の用途では有用である。相変化材料は、固体状態に変化するときに熱を放出し、液体状態に戻るときに熱を吸収する。相変化温度は、熱の吸収および排出が生じる融点である。

しかし、パラフィンベースの相変化材料はいくつかの欠点を有する。材料自体が、非常に脆くて扱いにくい。また、熱サイクルの間に、その中で使用されているデバイスから隙間の外へ出て行きやすく、グリスに非常によく似ている。本発明による、ゴム−樹脂により改質されたパラフィンポリマー蝋系は、これらの問題を回避して取り扱いやすさを大幅に向上させ、しなやかなテープまたは固体の層形状で製造することが可能であり、圧力下でも噴出せず、滲みだしもしない。ゴム−樹脂−蝋の混合物は、同一またはほぼ同一の温度でありうるにも拘わらず、それらの融液の粘度はずっと高く、容易に移動することはない。さらに、ゴム−樹脂−蝋の混合物は、それ自体で架橋結合するように設計することができ、ある一定の用途では、噴出問題を確実に免れている。企図されている相変化材料の例は、マレナイズド（ｍａｌｅｎｉｚｅｄ）パラフィン蝋、ポリエチレン−無水マレイン酸化蝋、およびポリプロピレン−無水マレイン酸化蝋である。ゴム−樹脂−蝋混合物は、約５０〜１５０℃の間の温度で機能的に形成し、架橋結合されたゴム−樹脂のネットワークを形成する。

ａ）材料が使用されることになる構成要素または複数の構成要素の仕様に合わせて、材料の物理的または電子的性質を変更すること、ｂ）材料の適用を容易にするために材料の物理的性質を変更すること、および／またはｃ）材料中に他の構成要素またはフィラーを取り入れやすくすること、のために、溶媒、またはある場合は追加の溶媒を、架橋結合されたゴム−樹脂混合物および／または架橋結合されたゴム−樹脂／相変化材料混合物に添加することができる。企図されている溶媒には、臨界温度などの所望の温度で揮発される、もしくは、上述の設計目標または要求のいずれであってもその達成を促進する、適切な、どの純粋な有機分子またはそれらの混合物も含まれる。また、溶媒は、極性および無極性化合物の、適切な、どの純粋な分子および混合物をも含むことができる。本明細書において使用する「純粋な」という言葉は、一定の組成を有する構成要素を意味する。例えば、純粋な水は、Ｈ_２Ｏのみからなる。本明細書において使用する「混合物」という言葉は、海水を含めて純粋でない構成要素を意味する。本明細書において使用する「極性の」という言葉は、分子または化合物の一点でまたはそれらに沿って、一様でない電荷、部分的な電荷または自発的な電荷分布を作りだす分子または構成要素の特性を意味する。本明細書において使用する「無極性の」という言葉は、分子または化合物の一点でまたはそれらに沿って、一様な電荷、部分的な電荷および自発的な電荷分布を作りだす、分子または化合物の特性を意味する。

企図されているいくつかの実施形態において、溶媒または溶媒混合物（少なくとも２種類の溶媒を含む）は、溶媒の炭化水素ファミリーの一部と考えられる溶媒を含む。炭化水素溶媒は、炭素および水素を含む溶媒である。炭化水素溶媒の大多数は、無極性であるが、極性とみなされるいくらかの炭化水素溶媒が存在することを理解すべきである。一般に、炭化水素溶媒は、３種類に分類される：脂肪族炭化水素、環状炭化水素および芳香族炭化水素である。脂肪族炭化水素溶媒は、直鎖化合物と、枝分かれして、架橋結合されている可能性のある化合物との両方を含むことができるが、脂肪族炭化水素溶媒は、環式化合物とはみなされない。環状炭化水素溶媒は、環式構造内に配向された少なくとも３個の炭素原子を含む、脂肪族炭化水素溶媒に類似の性質を有する溶媒である。芳香族炭化水素溶媒は、一般に、３個以上の不飽和結合を含み、１個の環または共通の結合によって結合される多環、および／または一緒に縮合された多環を有する溶媒である。企図されている炭化水素溶媒には、トルエン、キシレン、ｐ−キシレン、ｍ−キシレン、メシチレン、ソルベントナフサＨ、ソルベントナフサＡ、アルカン（ペンタン、ヘキサン、イソヘキサン、ヘプタン、ノナン、オクタン、ドデカン、２−メチルブタン、ヘキサデカン、トリデカン、ペンタデカン、シクロペンタン、２，２，４−トリメチルペンタン、石油エーテルなど）、ハロゲン化炭化水素（塩素化炭化水素など）、ニトロ化炭化水素、ベンゼン、１，２−ジメチルベンゼン、１，２，４−トリメチルベンゼン、ミネラルスピリット、ケロシン、イソブチルベンゼン、メチルナフタレン、エチルトルエン、リグロインが含まれる。特に企図されている溶媒には、これに限らないが、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレンおよびそれらの混合物または組み合わせが含まれる。

企図されている他の実施形態においては、溶媒または溶媒混合物は、ケトン（アセトン、ジエチルケトン、メチルエチルケトンなど）、アルコール、エステル、エーテル、およびアミンなどの、化合物の炭化水素溶媒族の一部とはみなされない溶媒を含む。企図されているさらに他の実施形態においては、溶媒および溶媒混合物は、本明細書において述べた溶媒のいずれの組み合わせをも含むことができる。

また、フィラー粒子、湿潤剤または酸化防止剤などの追加のフィラー、材料または粒子を取り込むことも有利である。実質的に球形のフィラー粒子を、インターフェース混合物に添加し、充填密度を最大にすることができる。加えて、実質的に球形の形状であれば、圧密中に厚さをいくらか制御することになる。ゴム材料中のフィラーとして有用な通常の粒径は、約１〜２０μｍの範囲であり、最大で約１００μｍである。

有機シラン、有機チタン酸エステル（ｏｒｇａｎｏｔｉｔａｎａｔｅ）、有機ジルコニウムなどの、官能性有機金属カップリング剤または「湿潤」剤を添加することによって、フィラー粒子の分散を容易にすることができる。有機チタン酸エステルは、湿潤増進剤として作用し、ペーストの粘度を減少させ、フィラーの充填を増加させる。使用できる有機チタン酸エステルは、チタン酸イソプロピルトリイソステアリルである。有機チタン酸エステルの一般的な構造は、ＲＯ−Ｔｉ（ＯＸＲＹ）であり、式中、ＲＯは加水分解可能な基であり、ＸおよびＹは結合官能基である。

また、硬化されたゴムゲルまたは固体組成物の酸化および熱分解を阻止するために、酸化防止剤を添加することができる。有用な通常の酸化防止剤には、Ｃｉｂａ Ｇｉｅｇｙ ｏｆ Ｈａｗｔｈｏｎｅ、ニューヨーク、から市販されている、Ｉｒｇａｎｏｘ１０７６、フェノール型またはＩｒｇａｎｏｘ５６５、アミン型が含まれる（０．０１％〜約１重量％で）。通常の硬化促進剤には、ジデシルアネチルアミンなどの第三級アミンが含まれる（５０ｐｐｍ〜０．５重量％で）。

また、少なくとも１種のゴム化合物、少なくとも１種のアミン樹脂、少なくとも１種の相変化材料、または３種すべての間の架橋結合または連鎖反応を促進するために、少なくとも１種の触媒をサーマルインターフェース材料または組成物に添加することができる。本明細書において使用する「触媒」という言葉は、それ自体が消費されることまたは化学変化を受けることなしに、化学反応速度に大きく影響する物質または条件を意味する。触媒は、無機物、有機物、または有機原子団およびハロゲン化金属の組み合わせでありうる。物質ではないが、光および熱もまた触媒の役目を果たすことができる。企図されている実施形態では、触媒は酸である。好ましい実施形態では、触媒は、有機酸（カルボン酸、酢酸、ギ酸、安息香酸、サリチル酸、ジカルボン酸、シュウ酸、フタル酸、セバシン酸、アジピン酸、オレイン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、フェニルステアリン酸（ｐｈｅｎｙｌｓｔｅａｒｉｃ ａｃｉｄ）など）、アミノ酸およびスルホン酸である。

本明細書に開示された、架橋結合が可能なサーマルインターフェース材料を形成するための方法は、ａ）少なくとも１種の飽和ゴム化合物を提供すること、ｂ）少なくとも１種のアミン樹脂を提供すること、ｃ）少なくとも１種の飽和ゴム化合物と少なくとも１種のアミン樹脂を架橋結合させて、架橋結合されたゴム−樹脂混合物を形成すること、ｄ）その架橋結合されたゴム−樹脂混合物に、少なくとも１種の熱伝導性フィラーを添加すること、およびｅ）その架橋結合されたゴム−樹脂混合物に、湿潤剤を添加すること、を含む。また、この方法は、架橋結合されたゴム−樹脂混合物に、少なくとも１種の相変化材料をさらに添加することを含むことができる。本明細書において考察されたように、テープ、ペースト、電子構成要素、層状材料および電子製品と共に、この企図されている方法を使用して、液体および固体のサーマルインターフェース混合物、材料および組成物を形成することができる。

企図されているサーマルインターフェース材料は、スクリーン印刷、インクジェット印刷、ｔｈｒｅａｄ ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ；噴霧；スタンピング；あらゆる種類のリソグラフィまたは湿式オフセット；ロール印刷；凸版印刷；グラビア印刷；フレキソ印刷；平版印刷；オフセット印刷；謄写版印刷；感熱複写法；ホットスタンプおよび転写捺染技術；およびブラッシングおよびステンシル技術などの分配法により、付着させるべき分配可能な液体ペーストとして提供されうる。要約すると、ペーストおよび／またはソフトゲル生成物または材料を取り込むことのできるいかなる印刷または分配法でも、本教示の実施形態において効果的に使用されうる。次いで、分配可能な液体ペーストは、所望通りに硬化されうる。

また、企図されているサーマルインターフェース材料は、ヒートシンクなどのインターフェース表面上に予め付着するための、高度に順応性のある、硬化された、エラストマーフィルムまたはシートとして供給されうる。さらに、前述の方法を含む、適切な、いずれの分配法によっても、表面上に付着されうるソフトゲルまたは液体として供給および製造されうる。さらに、材料は、インターフェース表面または電子構成要素に直接付着されうるテープとして供給されうる。

本明細書に記述された、企図されているサーマルインターフェース材料の適用には、その材料を層状材料、電子構成要素または最終電子製品中に取り入れることが含まれる。一般に、本明細書において企図されている電子構成要素は、電子ベースの製品において利用することができる、いずれの層状構成要素をも含むと考えられる。企図されている電子構成要素は、サーキットボード、チップパッケージ、仕切用紙、サーキットボードの誘電体構成要素、プリント基板、およびサーキットボードのその他の構成要素（コンデンサ、インダクタ、および抵抗器など）を含む。

電子ベース製品は、産業界においてまたは他の消費者により使用される準備ができているという意味において、「完成」されうる。完成された消費者用製品の例は、テレビジョン、コンピュータ、携帯電話、ポケットベル、手のひらサイズのシステム手帳、携帯ラジオ、カーステレオ、およびリモコン装置である。また、完成された製品において利用される可能性のある、サーキットボード、チップパッケージ、およびキーボードなどの「中間」製品も、企図されている。

電子製品は、概念モデルから最終スケールアップ／モックアップ（実物大模型）に至る開発のあらゆる段階の、プロトタイプ構成要素を含むこともできる。プロトタイプは、意図した実際の構成要素のすべてを、完成製品中に含むことも、含まないこともあるが、プロトタイプは、複合材料が他の構成要素に及ぼす影響を、初期試験の間に消し去るために、複合材料から組み立てられた、いくつかの構成要素を持っていることもある。

本明細書において開示された主題を説明するために、実施例Ａ〜Ｆに記載の成分を混合して、いくつかの実施例を調製した。また、表に示したように、粘度、製品形状、熱インピーダンス、弾性率、および熱伝導率を含む組成物の性質が報告されている。

示された実施例には、任意添加物（例えば、酸化防止剤、湿潤性増進剤、硬化促進剤、粘度低下剤および架橋結合助剤）が１種または複数種含まれている。そのような添加剤の量は変化しうるが、一般に、次に述べる量（重量％で表示）で有効に存在しうる：総量（フィラー＋ゴム）の９５％までのフィラー；（総量の）０．１〜１％の湿潤性増進剤；（総量の）０．０１〜１％の酸化防止剤；（総量の）５０ｐｐｍ〜０．５％の硬化促進剤；０．２〜１５％の粘度低下剤；および０．１〜２％の架橋結合助剤。少なくとも約０．５％の炭素繊維を添加することにより、熱伝導率が大幅に上昇することに注目されたい。

従って、サーマルインターフェース材料の特定の実施形態および適用が開示された。しかし、本明細書における発明の概念から逸脱することなく、既に述べたこと以外の多くの変更が可能であることは、当業者には明らかなはずである。従って、本発明の主題は、添付の特許請求の範囲の精神内であることを除いて、限定されるべきではない。さらに、明細書および特許請求の範囲を解釈する際には、すべての言葉は、文脈と矛盾しない、できる限り広いやり方で解釈すべきである。特に、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という言葉は、エレメント、構成要素または段階に非排他的に言及するものであり、言及されたエレメント、構成要素または段階が存在しうる、または利用されうる、またははっきりとは言及されていない他のエレメント、構成要素または段階と組み合わされうることを示すものであるとして、解釈されるべきである。

Claims (44)

1. 少なくとも１種のゴム化合物、少なくとも１種のアミン樹脂および少なくとも１種の熱伝導性フィラーを含む架橋結合が可能なサーマルインターフェース材料。
2. 少なくとも１種の相変化材料をさらに含む請求項１に記載のサーマルインターフェース材料。
3. 少なくとも１種の溶媒をさらに含む請求項１に記載のサーマルインターフェース材料。
4. 少なくとも１種の溶媒をさらに含む請求項２に記載のサーマルインターフェース材料。
5. 少なくとも１種の溶媒が炭化水素溶媒を含む請求項３に記載のサーマルインターフェース材料。
6. 少なくとも１種の溶媒が炭化水素溶媒を含む請求項４に記載のサーマルインターフェース材料。
7. 炭化水素溶媒が脂肪族化合物を含む請求項５に記載のサーマルインターフェース材料。
8. 炭化水素溶媒が脂肪族化合物を含む、請求項６に記載のサーマルインターフェース材料。
9. 炭化水素溶媒が環式化合物を含む請求項５に記載のサーマルインターフェース材料。
10. 炭化水素溶媒が環式化合物を含む請求項６に記載のサーマルインターフェース材料。
11. 炭化水素溶媒が芳香族化合物を含む請求項９に記載のサーマルインターフェース材料。
12. 環式化合物が芳香族化合物を含む請求項１０に記載のサーマルインターフェース材料。
13. 少なくとも１種のゴム化合物が少なくとも１つの末端ヒドロキシ基を含む請求項３または４に記載のサーマルインターフェース材料。
14. 少なくとも１種のゴム化合物が少なくとも１種の飽和化合物を含む請求項１３に記載のサーマルインターフェース材料。
15. 少なくとも１種のゴム化合物が水素化ポリアルキルジエンモノオール、水素化ポリアルキルジエンジオールまたはそれらの組み合わせまたは混合物を含む請求項１４に記載のサーマルインターフェース材料。
16. 水素化ポリアルキルジエンモノオールが水素化ポリブタジエンモノオールを含む請求項１５に記載のサーマルインターフェース材料。
17. 水素化ポリアルキルジエンジオールが水素化ポリブタジエンジオールを含む請求項１５に記載のサーマルインターフェース材料。
18. 少なくとも１種のアミン樹脂がメラミン樹脂を含む請求項３または４に記載のサーマルインターフェース材料。
19. メラミン樹脂がアルキル化メラミン樹脂を含む請求項１８に記載のサーマルインターフェース材料。
20. アルキル化メラミン樹脂がブチル化メラミン樹脂を含む請求項１９に記載のサーマルインターフェース材料。
21. 少なくとも１種の熱伝導性フィラーが、金属粉末、窒化ホウ素化合物またはそれらの組み合わせまたは混合物を含む請求項３または４のいずれか一項に記載のサーマルインターフェース材料。
22. 金属粉末が、アルミニウム粉末、銀粉末、銅粉末またはそれらの組み合わせまたは混合物を含む請求項２１に記載のサーマルインターフェース材料。
23. 少なくとも１種の相変化材料が蝋を含む請求項２に記載のサーマルインターフェース材料。
24. 蝋がパラフィン蝋を含む請求項２３に記載のサーマルインターフェース材料。
25. 請求項３に記載のサーマルインターフェース材料を含むペースト。
26. 請求項４に記載のサーマルインターフェース材料を含むペースト。
27. 請求項２５に記載のペーストを含む層状構成要素。
28. 請求項２５に記載のペーストを含む電子構成要素。
29. 請求項２６に記載のペーストを含む層状構成要素。
30. 請求項２６に記載のペーストを含む電子構成要素。
31. 少なくとも１種の飽和ゴム化合物を提供すること、
    少なくとも１種のアミン樹脂を提供すること、
    少なくとも１種の飽和ゴム化合物と少なくとも１種のアミン樹脂を架橋結合させ、架橋結合されたゴム−樹脂混合物を形成すること、
    架橋結合されたゴム−樹脂混合物に、少なくとも１種の熱伝導性フィラーを添加すること、および
    架橋結合されたゴム−樹脂混合物に、湿潤剤を添加すること、
    を含む、架橋結合が可能なサーマルインターフェース材料を形成する方法。
32. 架橋結合されたゴム−樹脂混合物に、少なくとも１種の相変化材料を添加することをさらに含む請求項３１に記載の方法。
33. 架橋結合されたゴム−樹脂混合物に、少なくとも１種の炭化水素溶媒を添加することをさらに含む請求項３１に記載の方法。
34. 架橋結合されたゴム−樹脂混合物に、少なくとも１種の炭化水素溶媒を添加することをさらに含む請求項３２に記載の方法。
35. 請求項３３に記載の方法によって形成されるペースト組成物。
36. 請求項３４に記載の方法によって形成されるペースト組成物。
37. 請求項３５に記載のペーストを含む電子構成要素。
38. 請求項３４に記載のペーストを含む電子構成要素。
39. 請求項３３に記載の架橋結合が可能なサーマルインターフェース材料を形成すること、および前記材料を表面に付着させることを含む層状材料を形成する方法。
40. 請求項３４に記載の架橋結合が可能なサーマルインターフェース材料を形成すること、および前記材料を表面に付着させることを含む、層状材料を形成する方法。
41. 前記材料を表面に付着させることが、印刷技術を利用することを含む請求項３９に記載の方法。
42. 前記材料を表面に付着させることが、印刷技術を利用することを含む請求項４０に記載の方法。
43. 印刷技術がスクリーン印刷を含む請求項４１に記載の方法。
44. 印刷技術がスクリーン印刷を含む請求項４２に記載の方法。